Ei vielä toivoa veden kannattavasta hajottamisesta polttoaineeksi


Esimerkki fotosähkökemiallisesta kennosta. Anodi oikealla. Tekijäviite: By Jcwf from nl, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1803853

Science Daily uutisoi (Linkki), että uudet materiaalit voivat muuttaa veden tulevaisuuden polttoaineeksi. Miksi minä otsikoin miltei päinvastoin? Yritän vastata.

Ensiksikin vety on varsin hankala polttoaine ja veden hajottamisen yleisin polttoainetuote on juuri tämä hankala vety. Esimerkiksi kasvit hajottavat vettä valokemiallisesti, mutteivät suinkaan pyri jemmaamaan kemiallista energiaa vetynä, vaan hiilihydraattina. Vetyhän karkaa helposti kasvisolusta, kuten myös monenlaisesta vedenpitävästä säiliöstäkin. Vetyyn liittyy lisäksi silloin räjähdysvaara, jos happea pääsee sekoittumaan vedyn kanssa suljetussa tilassa. Vapaaseen ulkoilmaan laskettaessa vety on kuitenkin vaikea saada räjähtämään, koska se ilmaa kevyempänä ei jää maan pinnalle muodostamaan räjähdeseosta tai edes suurta tulipalon vaaraa. En siis pidä vedyn räjähdysvaaraa niin pahana, että se yksin riittäisi hylkäämään vedyn polttoainekäytön. Kaikki syyt yhteensä painavat kuitenkin liikaa.

Fotokemiallisen vedyn- tai yleisemmin polttoainetuotannon taloudellisuusrajat löytynevät toisaalta läheltä kasveihin ja varsinkin leviin perustuvaa polttoaineen tuotantoa ja sen kustannuksia ja toisaalta tavanomaisemman aurinkokennon käyttämisestä elektrolyysin energialähteenä vedyntuotannossa. Jos fotokemiallinen menetelmä on kalliimpi kuin jompikumpi edellämainituista, ei kaupallista menestystä ole näköpiirissä. Juuri nyt näyttää tältä, vaikkeivät nuo vertailumenetelmätkään ole polttoainetuotannossa merkittäviä.

Mitä tulee itse alussa viittaamaani tutkimukseen, niin jo sen olemassaolo vihjaa siihen suuntaan, ettei kelvollista menetelmää ole aiemmin löydetty. Koska olen lukenut vain tutkielman tiivistelmän, sen sisällöstä on paha mennä vetämään vahvoja väitteitä, mutta ainakaan uutisoinnissa ei mainittu, että olisi löydetty entistä parempia katalyyttimateriaaleja, ainoastaan, että toimivia katalyyttejä oli löydetty runsaasti. Tämä oli käytetyn seulontamenetelmän etu ja maininnan arvoinen asia itsessään.

Auringonvaloon liittyy sitten sekin ongelma, että siitä saa pinta-alaa kohti vain keskinkertaisesti tai niukahkosti hyötyenergiaa. Yöaikaan tuotanto on kokonaan seis, jolloin sitten tuotantoinvestointikin seisoo yön tyhjän panttina. Suuren pinta-alan tarpeensa vuoksi auringonvaloon perustuva polttoainetuotanto saattaisi uhata luontoa enemmän kuin vaikkapa kivihiileen perustuva Sasol-prosessi. Tilannetta saattaisi helpottaa, jos kansainväliset merialueet saisi valjastaa kaupalliseen käyttöön, vaikkapa leväviljelminä tai väljästi kelluvina aurinkokennoalueina.

Vety ei toki ole ainoa mahdollinen polttoaineeksi kelpaava lopputuote vettä hajotettaessa (Linkki), jos lähtöaineena on myös hiilidioksidia. Edellä olevan linkin esimerkkitapauksessa bensaa muistuttavaan hiilivetylopputuotteeseen on päästy UV-valoa käyttäen, jolloin auringon energiaspektristä vain vähäinen osa on ollut hyödynnettävissä. Vaan onhan käänteinen palamisreaktio sentään saavutuksena röyhistelyn arvoinen suoritus. Ajatellaanpas, miten auto lisäisi pakokaasuista ja ulkoilmasta bensaa tankkiin niin pysäytettynä kuin ajettaessakin, jos vain autossa olisi pieni käänteisen palamisen lisävaruste. Ylimääräisen polttoaineen voisi käydä ajoittain tyhjentämässä autonsa bensatankista huoltoasemalle? (kursiivi=huono huumori lähti laukalle).

Sitähän on vaikea ennustaa, mikä teknologia lyö milloinkin läpi. Siksi  on vaikea leimata mitään tutkimusta lopuilleen turhaksi. Joka tapauksessa vallitsevat ilmastonmuutosuskomukset ovat ohjanneet tutkimusta vaihtoehtoisten polttoaineiden ja energiatuotteiden suuntaan.  Jotkut näistä ilmeisen väärien uskomusten innoittamista tutkimuksista saattavat tulla tarpeeseen, jos esimerkiksi toriumvoimalat saadaan kaupalliseen käyttöön. Silloin on halpaa energiaa tarjolla veden hajottamiseenkin.

Linkkejä

Qimin Yan, Jie Yu, Santosh K. Suram, Lan Zhou, Aniketa Shinde, Paul F. Newhouse, Wei Chen, Guo Li, Kristin A. Persson, John M. Gregoire, and Jeffrey B. Neaton. Solar fuels photoanode materials discovery by integrating high-throughput theory and experiment. PNAS, March 2017 DOI: 10.1073/pnas.1619940114 (Linkki) Tutkielman tiivistelmä.

https://en.wikipedia.org/wiki/Photocatalytic_water_splitting (Linkki). Wikipedia-artikkeli (englanniksi), josta käy ilmi, että vettä voi hajottaa katalyyttisesti (UV-)valolla, muttei taloudellisesti.

https://en.wikipedia.org/wiki/Water_splitting (Linkki) Vettä voi hajottaa monin eri tavoin, mutta aina se vaatii paljon energiaa.

Advertisements

2 responses to “Ei vielä toivoa veden kannattavasta hajottamisesta polttoaineeksi

  1. Vety on todella hankala ja kallis varastoitava. Jos vety sidotaan hiileen ja valmistetaan esimerkiksi Dimetyylieetteriä niin varastointi on huomattavasti halvempaa. Paperi-ja selluteollisuuden sivutuotteena syntyy Suomessa miljoonia tonneja mustalipeää josta voitaisiin valmistaa em. dieselpolttoainetta. BioDME voisi olla Suomen ja Ruotsin ratkaisu omaan polttoainetalouteen lähinnä raskaalle kalustolle.

    Tykkää

    • Kiitos kommentistasi.
      Viivettä viestin julkaisuun tulee aina, jos WordPressin järjestelmä ei noteeraa vanhaksi kommentoijaksi. Pahoitteluni tästä viiveestä.

      Juurikin vedyn sitominen hiileen on se juttu, jolla ”vetytalouteen” kannattaisi pyrkiä. Tällöin vanha järjestelmä olisi täysin tai suurimmalta osaltaan käytettävissä. Kaasumaisen tai nesteytetyn vedyn jakeluhan ei suju nykyisellä polttoaineen jakelujärjestelmällä.

      Tuohon artikkelini alapuolelle on tullutkin joitakin polttoaineisiin liittyviä kirjoituksiani linkkeinä, vaan ei tätä:
      https://roskasaitti.wordpress.com/2016/07/15/podea-vai-ei-podea/
      Tuossa olen sivumennen käsitellyt dimetyylieetteriäkin.

      Biopolttoaineiden melko yleinen ongelma on sitten niiden riittävyys. Edes selluteollisuuden suuret materiaalivirrat eivät oikein tahdo riittää liikennepolttoaineen tarpeen tyydyttämiseen. Toki ehdottamasi BioDME olisi pois tuontipolttoaineista ja kauppatasetta positiiviseksi muuttavaa.

      Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s